小行星撞擊地球滅絶恐龍,也摧毀了地球上的大多數物種,但是哺乳動物卻在這場天劫中倖存下來。

這是地球歷史上生命最慘痛的一天,一隻毛茸茸的小動物驚恐萬狀地奔竄在黑暗、火山灰和致命高溫籠罩的地獄世界中,在已燒焦的大地上搜尋維生的食物,抓到一隻昆蟲後,立即倉惶逃回自己的地下庇難所。小動物周圍是已死或垂死的恐龍巨大軀體,這些龐然大物曾世世代代威脅著可憐的哺乳動物的生存。

這是一顆直徑10公里,威力相當於10多億枚核彈的小行星撞擊到今天的墨西哥海岸後最初幾周或幾個月的地獄場景。這一山崩地裂的猛烈撞擊終結了地球白堊紀年代(Cretaceous),宣告了古新世時代(Paleocene)的開始,這個時刻全球森林一片火海,巨大海嘯襲擊著海岸,高溫氣化的岩石、火山灰和灰塵衝上了幾英里高的大氣層。

但在這個被摧毀的世界中依然有生命存活下來。倖存者中有已知最早的靈長類動物普爾加托里猴(Purgatorius),這是看起來像是鼩鼱和小松鼠的混合體的哺乳動物。經歷這場全球性大滅絶災難後,普爾加托里猴數量肯定會減少,但所幸物種得以保存,可以傳宗接代。

這就是小行星撞擊地球,滅絶當時地球四分之三的物種後,Hoka Shoes 早期哺乳動物的生活狀況。論生命滅絶之烈,在整個地球史,只有2.52億年前的二疊紀-三疊紀滅絶事件(Permian-Triassic extinction event),即生命大死亡事件(The Great Dying)超過這次小行星撞地球。大死亡滅絶事件造成了95%的海洋生命和70%的陸地生命死亡,但滅絶過程極度慢長,長到6萬年,不像小行星撞地球災難是突然從天而至。

那麼當時這些細小又脆弱的生物,包括我們人類的哺乳動物祖先是如何熬過這一世界末日而倖存下來?

撞擊地球終結了白堊紀的小行星也終結了著名的恐龍,如暴龍和三角龍,以及不太知名但相當怪異,被稱為「來自地獄的雞」的安祖龍(Anzu)。此外滅絶的還有鴨嘴龍、長頸龍,以及全身都是盔甲的恐龍。所有以上恐龍都全部死絶。

在晚白堊紀的地質年代,在這些傲視地球的巨無霸陰影下,普爾加托里猴這樣的小型哺乳動物,在生態排位上,許多活得就像今天的老鼠等嚙齒動物一樣卑微和低下。但這些看似脆弱的生物,包括我們人類的祖先卻奇蹟地活過了這世界末日,這是怎麼辦到的?

普爾加托里猴 

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人類所知最早的靈長類動物普爾加托里猴,是小行星撞擊地球大滅絶的倖存者之一(Credit: Science Photo Library)

這個問題正是《哺乳動物的崛起與統治世界》(The Rise and Reign of the Mammals)一書的作者史蒂夫·布魯薩特(Steve Brusatte)和他在愛丁堡大學(University of Edinburgh)的同事們一直在研究的題目。

布魯薩特強調,小行星撞擊地球的那一天對地球上的任何生命,包括哺乳動物、鳥類(即鳥類恐龍)和爬行動物,都是生死存亡的大災難。布魯薩特說,「這不是一顆普通的小行星,這是至少在過去五億年裏撞擊地球的最大小行星。哺乳動物差一點就會如恐龍一樣的被滅絶。」

不過確實有很多種哺乳動物在這次空前絶後的天災中消失。愛丁堡哺乳動物古生物學博士後薩拉·雪萊(Sarah Shelley)說,在白堊紀晚期,哺乳動物的多樣性就已經驚人的豐富。她說,「很多哺乳動物是生活在樹上或洞穴裏吃昆蟲的小動物。」

不過,並非所有哺乳動物都是食蟲動物。當時還有一種神秘的多瘤齒獸,因為牙齒上有特殊的瘤狀結節而得名。雪萊說,「這種哺乳動物牙齒是塊狀的,上面有很多小疙瘩,正面是刀刃狀的牙齒,看起來就像一把鋸子。它們吃水果、堅果和種子。」

當時也有食肉的哺乳動物,其中一種最大的鼠齒龍(Didelphodon)是一種有袋類動物,重約5公斤,和現在的家貓差不多大。雪萊說,「從頭骨和牙齒解剖來看,鼠齒龍的咬合力非常強,能夠咬碎骨頭,所以肯定是食肉動物。」

布魯薩特說,小行星撞擊地球後,白堊紀晚期哺乳動物的很多物種大部分消失,Hoka One One 有大約90%的哺乳動物被滅絶,但這反而給躲過此災難的倖存動物帶來了前所未有的機會。

布魯薩特說,「你可以想象,我們人類這些渺小的祖先之一,只有老鼠那麼大,一個躲在暗處,怯生生的小東西,但你熬過了地球歷史上的這一刻。當災難過去,你冒出頭來,突然間發現霸王龍和長頸恐龍那些可怕的大家伙都消失了,整個世界都為你打開。」

這次生物大滅絶為大量多樣化的新物種創造了條件,最終帶來了藍鯨、獵豹、睡鼠、鴨嘴獸,當然還有我們人類。

恐龍滅絶 

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小行星撞擊地球後,恐龍滅絶(Credit: Getty Images)

首先,這裏要提醒一下:撞擊發生後,世界上的森林被野火吞噬,天空充斥煙塵,遮天蔽日,看不見陽光,植物無法進行光合作用。如布魯薩特所說,地球的生態系統「像紙牌屋」一樣地崩潰掉。地球表面氣溫因遭到如過山車一樣起伏巨大的惡性熱脈衝而變得比烤箱還要炎熱,但隨後地球又進入寒冷的核冬天,氣溫平均下降了20攝氏度,持續長達30多年。雖然哺乳動物的許多最危險的掠食者已經消失,但對於生命來說,地球環境卻變得難以想象的惡劣。

哺乳動物要如何才能適應這樣惡劣的環境而延續其物種?

繼續做小動物

在小行星滅絶災難之前,因為受到恐龍的強力競爭和捕食的限制,哺乳動物的體型一直很小,但劫後餘生這種體型反而成為「災後動物難民」的一項有利資產。

布魯薩特說,「這些哺乳動物的形象和行為都像大大小小的老鼠。通常是在暗角悄無聲息地生存著,但災難後,在這個嶄新的世界,哺乳動物繁衍激增,因為其體型非常適合小行星撞地球後那種可怕的環境。」

體型小可能有助於加速動物繁殖增加數量。愛丁堡大學哺乳動物古生物學博士後奧內拉·伯特蘭(Ornella Bertrand)說,在現代動物世界,「個頭越大,懷孕的時間就越長」。例如,非洲象的妊娠期為22個月,而老鼠的妊娠期僅20天左右。因此遭遇末日災難,個頭小的老鼠保持種群數量增長的機率就會大些。

除了懷孕期長,體型較大的動物達到性成熟的時間也會長很多,尤其是龐然大物的恐龍。這就是恐龍無法在末日天災倖存下來的另一個原因。 布魯薩特說,「恐龍花了相當長的時間才長大成熟。像雷克斯霸王龍這樣的動物大概要花20年的時間。這不是說恐龍長得不快,只是好多種恐龍個頭實在太巨大,從很小的幼仔長到成年的龐然大物需要很長時間。」

躲在地下逃過一劫

要解開小行星撞地球後哺乳動物能夠倖存之謎,還有一個解密線索是古新世和更早年代地層中發現的哺乳動物化石有「非常奇怪」的體型。在早期古新世地層發現的哺乳動物踝骨細小堅韌,密度高,保存完好。雪萊分析這些踝骨,以了解這些哺乳動物與今天存活在地球上的哺乳動物相似程度有多大。

她說,「我們發現古新世哺乳動物很奇怪,不同於現代哺乳動物。其共同點是體型矮小但很強壯。」

榛睡鼠(Credit: PA Media) 

PA Media
體型小可能有助於加速動物繁殖增加數量

雪萊說,這些哺乳動物有很強的肌肉和巨大的骨骼,與現今動物中在地面挖掘洞穴而生活的物種最相似。「由此產生的假設認為,在大滅絶中倖存下來的動物有一種生存優勢是,它們是掘地挖洞而棲息,因此能夠躲過直接撞擊後的第一波災難,以及隨後的地面大火和核冬天,它們只要稍微潛伏地下等待災難過去即可。」

姑且這樣說吧,因為這些滅絶之災的倖存者活了下來,因此其後代也繼承了這種壯實的體型。雪萊說,「你可以在古新世時期的1000萬年裏看到這種哺乳動物,即使生活在樹上仍然很笨重。」

如果倖存的哺乳動物真生活在地下,不論是自己挖洞棲息,或寄居在其他動物的地下洞穴中,伯特蘭猜想這可能也反映在這些哺乳動物的行動敏捷度上,或換句話說是缺乏敏捷性。她說,「我們知道森林已被摧毀,因此所有生活在樹上的動物都失去了棲息地。因此,一種假設認為,倖存動物幾乎很少有樹棲動物那樣的靈活敏捷。」

伯特蘭打算研究這個時代哺乳動物的內耳骨骼,以確定其研究結果能否證實在小行星撞擊後這些哺乳動物是靠躲到地下棲息而得以倖存的假設。內耳對動物肢體平衡起到很大作用,如果動物需要有靈巧敏捷的動作,它們的骨骼就會有相應的精細結構。但要是動物只需要有強健體魄去挖洞,那敏捷能力就是多餘的。她說,「這可以給我們提供更多的線索。」話雖如此,不過伯特蘭也指出,過度依賴骨骼來推斷動物的運動行為也是有瑕疵的,這是她觀看最近的英聯邦運動會時留下的深刻印象。

伯特蘭笑著說,「我看到體操運動員做一些瘋狂的事情,我想,這很有趣,我們有相同的骨骼結構,我卻辦不到。我想,這確實很有趣,因為也許擁有這種能力可以幫助你生存,但從骨頭上你不會知道是否擁有這種能力。」

雜食帶來生存優勢

小行星摧毀了地球上大多數活著的植物,Oofos Canada 而植物又是地球陸地上眾多食物鏈的最低一環。雜食性哺乳動物可以吃任何食物,比只固定吃某些特殊食物的動物更能適應環境,因此存活機會也較大。

雪萊說,「經歷了這場大滅絶而活下來的動物基本上食性都不太特殊。」例如,鼠齒龍(Didelphodon ),一種如貓大小的食肉有袋類動物的近親,只捕食某種動物,但在大滅絶後其要捕食的這種動物變得非常稀少。雪萊說,「鼠齒龍的食物太單一,因而失去了自己的生存方式。不過如果是一隻小動物,可以更快地改變飲食和生活方式以適應環境。這是在大滅絶中生存下來的好方法。」

布魯薩特說,除了那些什麼都可以吃下肚的動物能夠存活,還有很少一些有特殊食性的動物也會有優勢,特別是吃植物種子的動物就很幸運。他說,「種子是一個食物銀行,不會枯竭,任何已經以種子為食的動物在大滅絶時也可以獲得種子。所以,如果像霸王龍一樣的動物,就沒那麼幸運了,進化沒有給這類動物消化種子的能力。但對於有喙的鳥類和一些專門吃植物種子的哺乳動物來說,哇,這是否就是時來運轉?」

植物種子除了維持受災動物的生存,還在核冬天消失後幫助重建森林和植被。布魯薩特說,「大滅絶時種子在土壤中能夠存活,當陽光再次降臨,這些種子就會開始發芽生長。」

長身體不長大腦

隨著古新世的過去,生態系統恢復,地球又是一片生機勃勃,這時哺乳動物開始填補非鳥類的恐龍留下的空白,成為地球上最強的生命物種。伯特蘭說,「恐龍滅絶後,哺乳動物立即開始多樣化的演化,而且在任何一個方面都有多樣化的發展。」

首先,哺乳動物的軀體迅速變大。但愛丁堡研究小組發現,哺乳動物的大腦尺寸的變化卻跟不上軀體變大的速度。

伯特蘭說,「我認為這是非常重要的,因為我們原來認為可能是智力發育使哺乳動物生存下來,並最終能夠統治地球。但是,從數據來看,並不是大腦長大讓動物在小行星撞擊後存活下來。」

大型動物(Credit: Science Photo Library) 

Science Photo Library
哺乳動物需要整個軀體變得更大、更強壯才有利於適應環境

事實上,在古新世早期,哺乳動物的大腦相對於身體,如果過大的話,可能不利於生存。伯特蘭問道,「問題在於你為什麼需要長一個大塊頭的大腦?實際上,大腦塊頭過大是相當昂貴的。如果有一個大尺寸的大腦,就需要大吃特吃來維持,如果沒有足夠的食物而做不到,就會絶種。」

相反,哺乳動物需要整個軀體變得更大、更強壯才有利於適應環境。在滅絶後的幾十萬年間,外錐獸(Ectoconus)這種食草動物的體重達到了大約100公斤。外錐獸屬於可能與現存的有蹄哺乳動物有親緣關係的褶齒獸科(Periptychidae)動物。幾十萬年在地質紀年中,只是一眨眼的功夫。雪萊說,「外錐獸如此之快就長得這麼大,這麼快就養成食草習性,真是很厲害。你看,一旦有了大型食草動物,也就會有大型食肉動物,哺乳動物開始迅速發展演化。」

還有許多其他神秘的哺乳動物軀體也迅速膨脹。雪萊說,「像帶齒獸這樣的動物,長大的速度非常快,長得也非常大。」目前還沒有找到帶齒獸的完整骨架,但有頭骨化石發現,其頭骨大約有一個大的奶油南瓜那麼大,帶齒獸似乎是在大滅絶後身軀才變得壯實以適應掘土挖洞的物種之一。雪萊說,「其眼部位置很小,眼睛也很小,但前面卻有巨大的牙齒,這有點像嚙齒動物,但僅此而已。這是一種很神秘的動物。」

雪萊說,這些從劫後餘生動物群迅速演化形成的哺乳動物物種曾長期受到科學界的忽視。她說,科學界曾「認為它們古老、原始、普通無奇,然而並非如此,它們真的各有各的特色。它們的祖先在地球生命史上第二次大滅絶中倖存下來,絶不是慢吞吞過日子的一般愚笨動物。它們生存和繁衍得十分精彩紛呈。」

這些哺乳動物在很多方面填補了恐龍慘遭滅絶後遺留的生態空間。生活習性高度個性化,如巨無霸般龐大的恐龍非常適應晚期白堊紀的生態環境,但卻缺乏在小行星撞擊後的災難世界中活下來的本事。

布魯薩特說,「最令人震撼的是,我們的地球上曾經有恐龍這樣的動物,它們生存了一億幾千萬年,創下如此偉大輝煌的歷史,比如將自己進化成飛機大小的龐然大物,以及大如公共汽車的食肉動物等等,但是當地球突然遭受巨變,這些龐然大物卻在一瞬間就徹底滅絶。恐龍應付不了新的世界,無法適應生存。」

小行星撞擊地球事件的發生隨機性很強,這似乎特別讓研究大滅絶後哺乳動物如何避難求生的愛丁堡大學研究團隊感慨良多。

伯特蘭說,「我們人類今天能來到這個世界主要靠運氣。撞擊地球的這顆小行星有可能與地球擦身而過,也可能墜落在地球的另一個區域的海洋中,不論是哪種可能,都會使以後生命物種的選擇演化有不同的結果。每當我想到這整件事的偶然性,就覺得這太不可思議了。」

布魯薩特也有同感。他說,「小行星有可能只在地球外呼嘯而過,有可能只會攪動大氣層的上層,也有可能在接近地球時就已經解體。這顆小行星本來有各種可能,但真是運氣不好,它是徑直向地球撞來。」

但對於今天活在地球上的哺乳動物,這一場天劫也許就是一次天賜良機。

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